JP6825830B2 - 振動モータ - Google Patents

Description

本発明は、振動モータに関する。

従来、スマートフォン等の各種機器には、触覚フィードバックを発生させる振動モータが備えられる。従来の振動モータの一例は、特許文献１に開示される。

特許文献１の振動モータは、磁石を含む振動体と、筐体に固定されたコイルを備える。振動モータを駆動させる場合、磁石とコイルとの間において磁界が発生し、振動体が振動する。

上記振動モータは、振動体を一方向に振動可能に支持する弾性部材を有する。弾性部材は、第１固定部と、第２固定部と、板ばね部と、を有する。板ばね部は、第１固定部を介して筐体に固定されると共に、第２固定部を介して振動体に固定される。

中国実用新案出願公告第２０２１１１６０７号公報

弾性部材が振動体または筐体に固定される固定部には、応力が加わり易い。近年の構造解析により、固定部に応力が加わることで、弾性部材が破断する虞があることが分かっている。

上記特許文献１の構成では、弾性部材において、板ばね部は幅狭部を有する。幅狭部は、固定部よりも一方向に対して直交する方向である上下方向の幅が狭い部分である。これにより、応力を弾性部材内部において分散させることができる。

しかしながら、固定部の応力を分散させるには、上記構成では不十分であり、弾性部材が破断する虞が依然あった。

上記状況に鑑み、本発明は、弾性部材の固定部の応力をより分散させ、弾性部材の破断を抑制することのできる振動モータを提供することを目的とする。

本発明の例示的な振動モータは、筐体およびコイルを有する静止部と、
磁石を含み、前記静止部に対して、一方向に振動可能に支持される振動体と、
前記静止部と前記振動体との間に位置する弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、第１固定部と、第２固定部と、板ばね部と、有し、
前記板ばね部は、第１梁部と、前記第１梁部と一方向に対向する第２梁部と、前記第１
梁部の端部と前記第２梁部の端部を連結する連結部と、を有し、
前記第１梁部は、前記第１固定部を介して前記筐体に接続され、
前記第２梁部は、前記第２固定部を介して前記振動体に接続され、
前記第１梁部は、一方向に対して直交する方向である上下方向の幅が前記第１固定部よ
りも狭い第１幅狭部と、前記第１幅狭部から前記第１固定部に向かって上下方向の幅が漸
次変わる第１傾斜部と、を有し、
前記第２梁部は、上下方向の幅が前記第２固定部よりも狭い第２幅狭部と、前記第２幅
狭部から前記第２固定部に向かって上下方向の幅が漸次変わる第２傾斜部と、を有し
、
前記第１傾斜部と前記第２傾斜部の少なくとも一方は、前記第１幅狭部または前記第２
幅狭部に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さく、または漸次小さくなった後に大きくなる幅変化部を有する構成としている。

例示的な本発明の振動モータによれば、弾性部材の固定部の応力をより分散させ、弾性部材の破断を抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る振動モータの分解斜視図である。 図２は、弾性部材の周辺箇所を示す一部拡大斜視図である。 図３は、弾性部材を第１方向に視た一部側面図である。 図４は、弾性部材を第１方向に視た側面図である。 図５Ａは、本発明の一実施形態に係る弾性部材を用いたシミュレーションを行った場合の応力分布結果を示すグラフである。 図５Ｂは、比較例としての弾性部材を用いたシミュレーションを行った場合の応力分布結果を示すグラフである。 図６は、第１変形例に係る弾性部材を第１方向に視た側面図である。 図７は、第２変形例に係る弾性部材を第１方向に視た側面図である。 図８は、第３変形例に係る弾性部材を第１方向に視た側面図である。 図９Ａは、シミュレーションに用いた本発明の一実施形態に係る弾性部材の斜視図である。 図９Ｂは、シミュレーションに用いた比較例に係る弾性部材の斜視図である。

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動モータの分解斜視図である。

なお、図１において、左右方向（一方向）を第１方向として、Ｘ方向で表す。また、第１方向に対して、直交する方向である上下方向をＹ方向として表す。例えば、図１において紙面上側が上下方向（Ｙ方向）における上側となる。また、第１方向および上下方向に直交する第２方向をＺ方向として表す。以下、他の図面についても同様のことが当てはまる。ただし、この方向の定義は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係および方向を示すものではない。

＜１．振動モータの全体構成＞
本実施形態に係る振動モータ１００は、ベースプレート１１、基板２１、コイル３１、振動体４０、弾性部材５０、弾性部材６０、およびカバー１２を備える。振動モータ１００は、ベースプレート１１とカバー１２とを含む筐体を備える。

基板２１は、リジッド基板またはフレキシブル基板等で構成され、ベースプレート１１の上面に固定される。コイル３１は、基板２１の上面に取付けられる。コイル３１は、例えば接着剤により接着される。なお、コイル３１は基板２１に接着以外の方法により固定されてもよい。

静止部は、上記筐体、基板２１、およびコイル３１によって構成される。つまり、振動モータ１００は、筐体およびコイル３１を有する静止部を備える。

振動体４０は、複数の磁石４１、４２と、直方体状のおもり４３とを有する。この実施形態において、磁石４１、４２の数は２つである。おもり４３は、直方体状であり、空洞部４３１を有する。空洞部４３１は、おもり４３を軸方向に貫通する。空洞部４３１は、第１方向に２つ配列される。磁石４１、４２は、各空洞部４３１内部に収容される。これにより、磁石４１、４２は、おもり４３によって保持される。磁石４１、４２は、コイル３１に対して上側に配置される。なお、空洞部４３１はおもり４３を軸方向に貫通していなくともよく、磁石４１、４２を収容可能な凹部であってもよい。

弾性部材５０は、第１固定部５１と、第２固定部５２と、板ばね部５３と、を有する。第１固定部５１、第２固定部５２、および板ばね部５３は同一部材で構成される。板ばね部５３は、第１梁部５３１、第２梁部５３２、および連結部５３３を有する。平板状の第１梁部５３１は、平板状の第２梁部５３２と第１方向において対向する。連結部５３３は、第１梁部５３１の端部と第２梁部５３２の端部とを連結する。第２梁部５３２の連結部５３３側でない端部には、第２固定部５２の端部が接続される。第２固定部５２は、途中で第１方向に折れ曲がる。第２固定部５２は、おもり４３の第１方向に延びる側面に固定される。すなわち、第２梁部５３２は、第２固定部５２を介して振動体４０に固定される。

第１梁部５３１の連結部５３３と反対側の端部には、第１固定部５１が接続される。第１固定部５１は、カバー１２の内壁面に固定される。すなわち、第１梁部５３１は、第１固定部５１を介して筐体に接続される。

つまり、弾性部材５０は、静止部と振動体４０との間に位置する。なお、弾性部材５０のより詳細な構成については後述する。

弾性部材６０は、弾性部材５０と同様の構造である。弾性部材６０の一端側は、おもり４３の第１方向に延びる側面に固定される。弾性部材６０の一端側は、弾性部材５０が固定される箇所と対角に位置する。弾性部材６０の他端側は、カバー１２の内壁面に固定される。これにより、振動体４０は、静止部に対して、第１方向（一方向）に振動可能に弾性部材５０、６０によって支持される。カバー１２とベースプレート１１とで構成される内部空間に、基板２１の一部、コイル３１、振動体４０、および弾性部材５０、６０が収容される。

このような構成において、振動モータ１００では、コイル３１に基板２１における配線を介した通電が行われる。コイル３１に電流が流れると、コイル３１に発生する磁界と磁石４１、４２が形成する磁界との相互作用によって、振動体４０は第１方向に往復振動する。

＜２．弾性部材の詳細構成＞
次に、弾性部材５０の構成について詳述する。図２は、弾性部材５０の周辺箇所を示す一部拡大斜視図である。

第１梁部５３１は、第１幅狭部５３１１と、第１傾斜部５３１２と、第３傾斜部５３１３と、を有する。第１幅狭部５３１１は、上下方向（Ｙ方向）の幅が第１固定部５１よりも狭い。第１傾斜部５３１２は、第１幅狭部５３１１から第１固定部５１に向かって上下方向の幅が漸次大きくなる。第３傾斜部５３１３は、第１幅狭部５３１１から連結部５３３に向かって上下方向の幅が漸次大きくなる。

第１固定部５１は、カバー１２（図２では不図示）の内壁面に溶接部Ｗ１によって固定される。すなわち、溶接によりカバー１２の内壁面と第１固定部５１が溶融して同一の部材となる。これにより、弾性部材５０を筐体に対して強固に固定することができる。なお、第１固定部５１の固定は、接着により行ってもよい。

第２梁部５３２は、第２幅狭部５３２１と、第２傾斜部５３２２と、第４傾斜部５３２３と、を有する。第２幅狭部５３２１は、上下方向の幅が第２固定部５２よりも狭い。第２傾斜部５３２２は、第２幅狭部５３２１から第２固定部５２に向かって上下方向の幅が漸次大きくなる。第４傾斜部５３２３は、第２幅狭部５３２１から連結部５３３に向かって上下方向の幅が漸次大きくなる。

第２固定部５２は、おもり４３の第１方向に延びる側面に溶接部Ｗ２によって固定される。すなわち、溶接によりおもり４３の側面と第２固定部５２が溶融して同一の部材となる。これにより、弾性部材５０を振動体４０に対して強固に固定することができる。なお、第２固定部５２の固定は、接着により行ってもよい。

第１傾斜部５３１２は、第１幅変化部５３１２Ａを有する。第１幅変化部５３１２Ａは、第１幅狭部５３１１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に大きくなる。第２傾斜部５３２２は、第２幅変化部５３２２Ａを有する。第２幅変化部５３２２Ａは、第２幅狭部５３２１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に大きくなる。すなわち、第１傾斜部５３１２と第２傾斜部５３２２の少なくとも一方は、幅変化部を有する。

図３は、弾性部材５０を第１方向に視た一部側面図を示す。図３は、便宜上、固定部５１と第１梁部５３１のみを示す。図３に矢印にて示すように、第１固定部５１の近くに第１幅変化部５３１２Ａを設けることで、第１固定部５１にかかる応力を第１幅変化部５３１２Ａに分散させることができる。従って、第１幅狭部５３１１に加えて第１幅変化部５３１２Ａを設けて、第１幅変化部５３１２Ａに応力を分散させることで、応力がかかり易く破断の虞が高い第１固定部５１の応力を大きく分散させることができる。よって、第１固定部５１での破断を抑制することができる。

同様の原理により、第２固定部５２の近くに第２幅変化部５３２２Ａを設けることで、第２固定部５２にかかる応力を第２幅変化部５３２２Ａに分散させることができる。従って、第２幅狭部５３２１に加えて第２幅変化部５３２２Ａを設けて、第２幅変化部５３２２Ａに応力を分散させることで、応力がかかり易く破断の虞が高い第２固定部５２の応力を大きく分散させることができる。よって、第２固定部５２での破断を抑制することができる。

図４は、弾性部材５０を第１方向に視た側面図を示す。図４は、弾性部材５０を第１梁部５３１側から視た図であり、破線にて第２梁部５３２が示される。

第１幅狭部５３１１と第１幅変化部５３１２Ａとの間には、第１凸部５３１４が設けられる。第１凸部５３１４は、上下方向に突出し、上下方向の幅が第１幅変化部５３１２Ａの第１最小幅Ｈ１よりも大きい。第１凸部５３１４を設けることで、第１幅変化部５３１２Ａよりも第１幅狭部５３１１側の応力がかかる部分の剛性を確保できる。

第２幅狭部５３２１と第２幅変化部５３２２Ａとの間には、第２凸部５３２４が設けられる。第２凸部５３２４は、上下方向に突出し、上下方向の幅が第２幅変化部５３２２Ａの第２最小幅Ｈ２よりも大きい。第２凸部５３２４を設けることで、第２幅変化部５３２２Ａよりも第２幅狭部５３２１側の応力がかかる部分の剛性を確保できる。すなわち、第１幅狭部５３１１と第１幅変化部５３１２Ａとの間、または第２幅狭部５３２１と第２幅変化部５３２２Ａとの間には、凸部が設けられる。

図４に示すように、第２凸部５３２４の幅と第２最小幅Ｈ２との上下方向の差は、第１凸部５３１４の幅と第１最小幅Ｈ１との上下方向の差よりも大きい。これにより、第２固定部５２に近い第２幅変化部５３２２Ａに、より応力をかけることで、特に応力のかかり易い第２固定部５２における応力を低減させることができる。

本実施形態の効果を検証するためにシミュレーションを行った。図５Ａは、本実施形態に係る弾性部材５０を用いたシミュレーションを行った場合の応力分布結果を示す。図５Ｂは、本実施形態との比較例としての弾性部材を用いたシミュレーションを行った場合の応力分布結果を示す。比較例の弾性部材は、第１梁部と第２梁部において、それぞれ幅狭部から固定部に向かって単調に上下方向の幅が増加する形状としている。すなわち、比較例の弾性部材は、上記特許文献１に開示された弾性部材と同等である。

上記弾性部材５０を用いたシミュレーションは、図９Ａに示す第２固定部５２に固定された振動体を第１固定部５１とは離れる第１方向に自然状態より所定量だけ変位させた条件にて行い、第１固定部５１における起点ＳＰ１から第２固定部５２における終点ＥＰ１までの弾性部材５０の延びる長手方向の位置における応力を解析した。図５Ａにおいて、横軸は弾性部材５０の長手方向位置Ｐを示し、縦軸は応力σを示す。すなわち、図５Ａにおいて、横軸の左端部が起点ＳＰ１の位置を示し、右端部が終点ＥＰ１の位置を示す。

上記比較例の弾性部材を用いたシミュレーションは、図９Ｂに示す第２固定部５２’に固定された振動体を第１固定部５１’とは離れる第１方向に自然状態より所定量だけ変位させた条件にて行い、第１固定部５１’における起点ＳＰ２から第２固定部５２’における終点ＥＰ２までの弾性部材５０’の延びる長手方向の位置における応力を解析した。図５Ｂにおいて、横軸は弾性部材５０’の長手方向位置Ｐを示し、縦軸は応力σを示す。すなわち、図５Ｂにおいて、横軸の左端部が起点ＳＰ２の位置を示し、右端部が終点ＥＰ２の位置を示す。

図５Ａと図５Ｂとを比較すると、図５Ａの領域Ａ１に示す第１固定部５１に近い第１幅変化部５３１２Ａの位置における応力は、図５Ｂの領域Ａ１１に示す同等の位置における応力よりも大きくなる。これにより、図５Ａの領域Ａ２に示す第１固定部５１の位置における応力は、図５Ｂの領域Ａ２１に示す第１固定部の位置における応力よりも小さい。従って、本実施形態に係る第１固定部５１にかかる応力を低減して、第１固定部５１での破断を抑制できることが分かる。

また、図５Ａの領域Ａ３に示す第２固定部５２に近い第２幅変化部５３２２Ａの位置における応力は、図５Ｂの領域Ａ３１に示す同等の位置における応力よりも大きくなる。これにより、図５Ａの領域Ａ４に示す第２固定部５２の位置における応力は、図５Ｂの領域Ａ４１に示す第２固定部の位置における応力よりも小さい。従って、本実施形態に係る第２固定部５２にかかる応力を低減して、第２固定部５２での破断を抑制できることが分かる。

＜弾性部材の変形例＞
次に、弾性部材の各種変形例について説明する。図６は、第１変形例に係る弾性部材５０１を第１方向に視た側面図を示す。図６は、弾性部材５０１を第１梁部５３１側から視た図であり、破線にて第２梁部５３２が示される。

弾性部材５０１の図４に示す弾性部材５０との構成の相違点は、第３傾斜部５３１３および第４傾斜部５３２３の構成である。具体的には、第３傾斜部５３１３は、第３幅変化部５３１３Ａを有し、第４傾斜部５３２３は、第４幅変化部５３２３Ａを有する。すなわち、第３傾斜部５３１３と第４傾斜部５３２３の少なくとも一方は、幅変化部を有する。

第３幅変化部５３１３Ａは、第１幅狭部５３１１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に大きくなる。第４幅変化部５３２３Ａは、第２幅狭部５３２１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に大きくなる。

弾性部材５０１の構成であれば、連結部５３３の近くに設けられる第３幅変化部５３１３Ａおよび第４幅変化部５３２３Ａに応力を分散させることで、連結部５３３にかかる応力を低減させ、連結部５３３での破断を抑制することができる。

図７は、第２変形例に係る弾性部材５０２を第１方向に視た側面図である。図７は、弾性部材５０２を第１梁部５３１側から視た図であり、破線にて第２梁部５３２が示される。弾性部材５０２においては、第１幅変化部５３１２Ａは、第１幅狭部５３１１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に一定となる。第２幅変化部５３２２Ａは、第２幅狭部５３２１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に一定となる。このような構成の第１幅変化部５３１２Ａおよび第２幅変化部５３２２Ａであっても、第１固定部５１および第２固定部５２にかかる応力を分散させることができる。すなわち、幅変化部は、幅狭部に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に大きく、または一定となる。

第１幅狭部５３１１と第１幅変化部５３１２Ａとの間には、上下方向の幅が第１幅変化部５３１２Ａの第１最小幅Ｈ１よりも大きく、上下方向に突出する第１凸部５３１４が設けられる。第２幅狭部５３２１と第２幅変化部５３２２Ａとの間には、上下方向の幅が第２幅変化部５３２２Ａの第２最小幅Ｈ２よりも大きく、上下方向に突出する第２凸部５３２４が設けられる。第２凸部５３２４の幅と第２最小幅Ｈ２との上下方向の差は、第１凸部５３１４の幅と第１最小幅Ｈ１との上下方向の差よりも大きい。

図８は、第３変形例に係る弾性部材５０３を第１方向に視た側面図である。図８は、弾性部材５０３を第１梁部５３１側から視た図であり、破線にて第２梁部５３２が示される。弾性部材５０３においては、第１幅狭部５３１１と連結部５３３との間に、上下方向の幅が一定となる幅一定部５３１５が設けられる。第２幅狭部５３２１と連結部５３３との間に、上下方向の幅が一定となる幅一定部５３２５が設けられる。すなわち、幅狭部と連結部との間に傾斜部を設けることは必須ではない。

なお、以上説明した実施形態において、第１傾斜部５３１２、第２傾斜部５３２２のうち片方のみに幅変化部を設けることとしてもよい。また、第３傾斜部５３１３、第４傾斜部５３２３のうち片方のみに幅変化部を設けることとしてもよい。また、第３傾斜部５３１３に設ける第３幅変化部５３１３Ａは、第１幅狭部５３１１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に一定としてもよい。また、第４傾斜部５３２３に設ける第４幅変化部５３２３Ａは、第２幅狭部５３２１に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さくなった後に一定としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。

本発明は、例えばスマートフォンやゲームパッドなどに備えられる振動モータに利用することができる。

１００・・・振動モータ、１１・・・ベースプレート、１２・・・カバー、２１・・・基板、３１・・・コイル、４０・・・振動体、４１、４２・・・磁石、４３・・・おもり、４３１・・・空洞部、５０、５０１〜５０３・・・弾性部材、５１・・・第１固定部、５２・・・第２固定部、５３・・・板ばね部、５３１・・・第１梁部、５３１１・・・第１幅狭部、５３１２・・・第１傾斜部、５３１２Ａ・・・第１幅変化部、５３１３・・・第３傾斜部、５３１３Ａ・・・第３幅変化部、５３１４・・・第１凸部、５３１５・・・幅一定部、５３２・・・第２梁部、５３２１・・・第２幅狭部、５３２２・・・第２傾斜部、５３２２Ａ・・・第２幅変化部、５３２３・・・第４傾斜部、５３２３Ａ・・・第４幅変化部、５３２４・・・第２凸部、５３２５・・・幅一定部、５３３・・・連結部、６０・・・弾性部材、Ｈ１・・・第１最小幅、Ｈ２・・・第２最小幅、Ｗ１、Ｗ２・・・溶接部

Claims (5)

1. 筐体およびコイルを有する静止部と、
   磁石を含み、前記静止部に対して、一方向に振動可能に支持される振動体と、
   前記静止部と前記振動体との間に位置する弾性部材と、を備え、
   前記弾性部材は、第１固定部と、第２固定部と、板ばね部と、有し、
   前記板ばね部は、第１梁部と、前記第１梁部と一方向に対向する第２梁部と、前記第１梁部の端部と前記第２梁部の端部を連結する連結部と、を有し、
   前記第１梁部は、前記第１固定部を介して前記筐体に接続され、
   前記第２梁部は、前記第２固定部を介して前記振動体に接続され、
   前記第１梁部は、一方向に対して直交する方向である上下方向の幅が前記第１固定部よりも狭い第１幅狭部と、前記第１幅狭部から前記第１固定部に向かって上下方向の幅が漸次変わる第１傾斜部と、を有し、
   前記第２梁部は、上下方向の幅が前記第２固定部よりも狭い第２幅狭部と、前記第２幅狭部から前記第２固定部に向かって上下方向の幅が漸次変わる第２傾斜部と、を有し、
   前記第１傾斜部と前記第２傾斜部の少なくとも一方は、前記第１幅狭部または前記第２幅狭部に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さく、または漸次小さくなった後に大きくなる幅変化部を有することを特徴とする振動モータ。
2. 前記第１梁部は、前記第１幅狭部から前記連結部に向かって上下方向の幅が漸次変わる第３傾斜部をさらに有し、
   前記第２梁部は、前記第２幅狭部から前記連結部に向かって上下方向の幅が漸次変わる第４傾斜部をさらに有し、
   前記第３傾斜部と前記第４傾斜部の少なくとも一方は、前記幅変化部を有することを特徴とする請求項１に記載の振動モータ。
3. 前記第１幅狭部と前記幅変化部との間、または前記第２幅狭部と前記幅変化部との間には、上下方向の幅が前記幅変化部の最小幅よりも大きく、上下方向に突出する凸部が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動モータ。
4. 前記幅変化部は、
   前記第１幅狭部に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さく、または漸次小さくなった後に大きくなる第１幅変化部と、
   前記第２幅狭部に向かうに従って上下方向の幅が漸次小さく、または漸次小さくなった後に大きくなる第２幅変化部と、
   を有し、
   前記第１幅狭部と前記第１幅変化部との間には、上下方向の幅が前記第１幅変化部の第１最小幅よりも大きく、上下方向に突出する第１凸部が設けられ、
   前記第２幅狭部と前記第２幅変化部との間には、上下方向の幅が前記第２幅変化部の第２最小幅よりも大きく、上下方向に突出する第２凸部が設けられ、
   前記第２凸部の幅と前記第２最小幅との上下方向の差は、前記第１凸部と前記第１最小幅との上下方向の差よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の振動モータ。
5. 前記第１固定部および前記第２固定部は、溶接部によって固定されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の振動モータ。

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